JPH06198408A

JPH06198408A - 連続鋳造機の溶湯レベル制御方法

Info

Publication number: JPH06198408A
Application number: JP271093A
Authority: JP
Inventors: Jiro Mitani; 二郎三谷; Yoshiyuki Matoba; 祥行的場
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 1994-07-19

Abstract

(57)【要約】【目的】鋳込み操業中に生じる注湯手段の応答性の変
化の如何に拘わらず制御精度を良好に保ち得る溶湯レベ
ル制御方法を提供する。【構成】応答特性算出部12は、ノズル開度Ｘ、溶湯レ
ベルＹ、鋳込み速度Ｖの各検出値と、注湯手段に与えら
れる開度指令Ｕのフィードバック信号とを用いて注湯手
段の応答特性を推定する。この推定結果が与えられるゲ
イン選択部13においては、予め記憶させてある最適制御
ゲインと応答特性との相関関係に基づいて現状の応答特
性に応じた最適制御ゲインを選択し、これを開度変更量
演算部10に与える。開度変更量演算部10は、内部に記憶
させてある最適制御則の最適制御ゲインをゲイン選択部
13での選択値に逐次更新しつつ、前記各検出値と、開度
指令Ｕのフィードバック信号と、制御目標となる目標レ
ベルとを、最適制御則に適用して注湯手段の開度変更量
を求め、開度指令修正部11は、この開度変更量を実現す
べく開度指令Ｕを修正して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造機の鋳込み操
業中に、鋳型内部の溶湯レベルを所定の目標レベルに一
致せしめるべく制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造機の操業は、上下に開口を有す
る筒形の鋳型に溶融金属（溶湯）を注入し、該鋳型の水
冷された内壁に接触せしめて冷却し、外側を凝固シェル
にて被覆された鋳片を得て、これを鋳型の下側開口部か
ら連続的に引き抜きつつ更に冷却し、内側にまで凝固が
進行した後に所定の寸法に切断して、圧延等の後工程で
の素材となる製品鋳片を得る手順にて行われる。

【０００３】この操業に際しては、鋳型からの溶湯の溢
出、ブレークアウトの発生等、安定操業を阻害する各種
の不都合を未然に防止し、生産能率の向上を図ると共
に、鋳型内部での冷却，凝固状態を安定化させ、製品鋳
片の品質向上を図るべく、鋳型内部に注入した溶湯のレ
ベルを予め定めた目標レベルに維持する溶湯レベル制御
が行われている。

【０００４】従来の溶湯レベル制御は、一般的には、鋳
型内部の溶湯レベルを検出し、この検出結果と目標レベ
ルとの偏差に基づくＰＩＤ演算により、鋳型への注湯を
行うための注湯手段（スライディングノズル等）の開度
調節量を求め、これを実現すべく前記注湯手段の駆動源
（油圧シリンダ等）を動作させるフィードバック制御に
より行われている。

【０００５】ところがこの方法においては、例えば、特
開昭62−192246号に開示されているように、制御精度を
向上せしめるべくＰＩＤ演算のゲインを大きくした場
合、注湯手段の開度調節が過度に行われる結果、溶湯レ
ベルが目標レベルを超え、その後の整定までに時間を要
し、制御精度の悪化を招来するという難点がある。

【０００６】この難点を解決するための溶湯レベル制御
方法の１つとして、本願出願人により特願平３−142469
号に提案された方法がある。この方法は、現状の溶湯レ
ベルと目標レベルとの偏差、並びに、溶湯レベルに影響
を及ぼす状態量、即ち、注湯手段の開度、鋳型内部の溶
湯レベル、及び鋳込み速度の夫々に対する最適制御ゲイ
ンが設定された最適制御則を予め定めておき、前記各状
態量の検出結果をこの最適制御則に適用し、注湯手段の
開度調節量を直接的に求める方法であり、制御精度の大
幅な向上を達成し得る優れたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、溶湯レベル
制御における最終的な制御対象は、機械的な動作をなす
注湯手段であり、この注湯手段の動作状態は、操業中に
生じる負荷側の状態変化に応じて経時的に変化する。例
えば、前記注湯手段として広く用いられているスライデ
ィングノズルは、油圧シリンダの進退動作に応じて生じ
るゲート板の移動により、注湯用のノズルの中途を開閉
して、注湯量を変化せしめる構成となっており、前記ノ
ズルの内部を流れる溶湯の一部が凝固してゲート板の周
囲に局所的に付着し、該ゲート板の動作を阻害するよう
になり、前述の如く決定された開度調節量に対応する動
作指令が発せられた後、ゲート板の移動により注湯量が
変化し始めるまでの所要時間（応答遅れ時間）は、操業
の進行と共に徐々に増大する傾向を示す。また、溶湯中
に混在する異物の挾み込み等、ゲート板の動作を阻害す
る突発的な現象が生じることもあって、連続鋳造機の操
業中におけるスライディングノズルの動作状態は一定で
はない。

【０００８】最適制御則を利用する従来の溶湯レベル制
御においては、以上の如く生じる注湯手段の状態変化が
考慮されておらず、決定された開度調節量の実現により
実際に得られる溶湯レベルと目標レベルとの一致精度
（制御精度）及び応答性の悪化が、操業の進行に伴って
生じるようになり、凝固状態の不安定化により製品鋳片
の品質低下を招く虞があった。

【０００９】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、操業中の全般に亘って制御精度を良好に保ち得
る連続鋳造機の溶湯レベル制御方法を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る連続鋳造機
の溶湯レベル制御方法は、鋳型への注湯のための注湯手
段の開度、鋳型内部の溶湯レベル及び鋳込み速度を検出
し、これらの検出結果、並びに前記溶湯レベルの検出結
果と目標レベルとの偏差を、夫々に対する最適制御ゲイ
ンが設定された最適制御則に適用し、得られた開度調節
量を実現すべく前記注湯手段に開度指令を発し、該注湯
手段の動作により注湯量を調節する連続鋳造機の溶湯レ
ベル制御方法において、前記最適制御ゲインの夫々と前
記注湯手段の応答特性との相関関係を予め定めておき、
鋳込み操業中に生じる前記応答特性の変化を、前記注湯
手段の検出開度と前記開度指令とに基づいて推定し、こ
の結果を前記相関関係に適用して、前記最適制御ゲイン
を逐次更新することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、鋳込み操業中に生じる注湯
手段の応答特性の変化を、注湯手段に与えられる動作指
令と、該注湯手段の現状の開度とを用いて推定し、この
推定結果を予め定められた相関関係に適用して、最適制
御則中の最適制御ゲインを、現状での注湯手段の応答特
性に適合した値に更新しつつ制御を実行する。

【００１２】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１は本発明に係る連続鋳造機の溶湯レベ
ル制御方法（以下本発明方法という）の実施状態を示す
模式的ブロック図である。

【００１３】図中Ｔは、その内部に溶湯３を貯留するタ
ンディッシュである。該タンディッシュＴの下方に適長
離隔した位置には、上下に開口を有する鋳型Ｍが配して
あり、該鋳型Ｍの内部には、タンディッシュＴの底面に
その基端を開口させた浸漬ノズル４が延設されている。
而して、タンディッシュＴ内の溶湯３は、浸漬ノズル４
を介して鋳型Ｍに注入され、該鋳型Ｍの内壁との接触に
より冷却されて外側を凝固シェル50にて被覆された鋳片
５となり、外側に転接するピンチロール６，６の回転に
より、鋳型Ｍの下方に連続的に引抜かれつつ更に冷却さ
れ、内側にまで凝固が進行した後に適宜の寸法に切断さ
れて製品鋳片となる。

【００１４】浸漬ノズル４の中途には、これの長手方向
と略直交する面内でのゲート板7aの移動により該浸漬ノ
ズル４を開閉して、鋳型Ｍへの注湯量を調節するスライ
ディングノズル７が固設してある。前記ゲート板7aは、
油圧シリンダ８の出力ロッドの先端に連結され、スライ
ディングノズル７の開度調節は、油圧シリンダ８の進退
動作によりゲート板7aを移動せしめて行われるようにな
してある。

【００１５】以上の如く調節されるスライディングノズ
ル７の開度は、油圧シリンダ８に付設された開度検出器
70により、出力ロッドの進退位置を媒介として検出され
ている。また、スライディングノズル７を経て注入され
て、鋳型Ｍの内部に滞留する溶湯３の表面レベルは、該
溶湯３の表面に臨ませて配されたレベル検出器30により
検出されており、更に、鋳片５に引き抜き力を付与する
ピンチロール６，６には、これらの回転数を媒介として
溶湯３の鋳込み速度を検出する鋳込み速度検出器60が付
設されている。

【００１６】レベル検出器30により検出される鋳型Ｍ内
部の溶湯レベル、鋳込み速度検出器60により検出される
溶湯３の鋳込み速度、及び開度検出器70により検出され
るスライディングノズル７のノズル開度は、制御目標と
なる目標レベルと共に、開度制御部１に与えられてい
る。開度制御部１は、後述する如く、前記各検出値と目
標レベルとを最適制御則に適用し、目標レベルを実現す
るために必要なスライディングノズル７の開度を演算し
て、この演算結果を開度指令としてシリンダ制御部２に
与える動作をなす。

【００１７】シリンダ制御部２にはまた、開度検出器70
により検出されるスライディングノズル７のノズル開度
が与えられている。シリンダ制御部２は、開度制御部１
から与えられる開度指令と、開度検出器70から与えられ
る現状のノズル開度との偏差を求め、この偏差を解消す
べく油圧シリンダ８に動作指令を発し、該油圧シリンダ
８を進退動作せしめて、スライディングノズル７の開度
調節を行う公知のサーボ制御部である。

【００１８】図２は、開度制御部１の内部構成を示すブ
ロック図である。図示の如く開度制御部１は、スライデ
ィングノズル７におけるノズル開度の変更量を演算する
開度変更量演算部10と、演算された開度変更量に応じて
現状の開度指令を修正し、シリンダ制御部２へ出力する
開度指令修正部11と、スライディングノズル７の応答特
性を算出する応答特性算出部12と、算出された応答特性
に応じて前記開度変更量演算部10での演算に用いる最適
制御ゲインを選択し、開度変更量演算部10へ与えるゲイ
ン選択部13とを備えてなる。

【００１９】開度変更量演算部10と応答特性算出部12と
には、前述の如く得られる溶湯レベルＹ、鋳込み速度
Ｖ、及びノズル開度Ｘの各検出値と、シリンダ制御部２
へ出力される開度指令とが与えられており、これらに加
えて開度変更量演算部10には、予め設定された目標レベ
ルが与えられている。開度変更量演算部10には、前述の
如き各入力値を変数とする多元方程式の形態をなし、ノ
ズル開度変更量の演算を行うための最適制御則が記憶さ
せてあり、また応答特性算出部12には、操業中に逐次変
化するスライディングノズル７の応答特性を前述の如き
各入力値から推定するための推定則が記憶させてあり、
更にゲイン選択部13には、前記最適制御則において各変
数の係数となる最適制御ゲインの夫々とスライディング
ノズル７の応答特性との相関関係が記憶させてある。

【００２０】次に、以上の如く構成された開度制御部１
における開度指令の演算方法について述べる。スライデ
ィングノズル７のノズル開度Ｘの応答特性は、開度制御
部１から出力される開度指令Ｕを含む次式により表され
る。

【００２１】Ｘ_n＝ａ₁Ｘ_n-1＋ａ₂Ｘ_n-2＋ｂ₁Ｕ_n-1＋ｂ₂Ｕ_n-2 …（１）但し、ａ₁，ａ₂，ｂ₁，ｂ₂は応答特性の各項目にお
ける定数、添字ｎは制御周期である。

【００２２】また一方、鋳型Ｍの内部における溶湯レベ
ルＹの応答特性は、ノズル開度Ｘ及び鋳込み速度Ｖを含
む次式により表される。

【００２３】Ｙ_n＝ｃ₁Ｙ_n-1＋ｃ₂Ｙ_n-2＋ｄ₁Ｘ_n-2＋ｄ₂Ｘ_n-3 ＋ｆ₁Ｖ_n-1＋ｆ₂Ｖ_n-2 …（２）但し、ｃ₁，ｃ₂，ｄ₁，ｄ₂，ｆ₁，ｆ₂は応答特性
の各項目における定数、添字ｎは制御周期である。

【００２４】開度変更量演算部10に記憶させてある最適
制御則は、各制御周期において生じている目標レベルと
溶湯レベルＹとの偏差（制御偏差Ｅ）と、これを解消す
べく発せられる開度指令Ｕとを含み、（３）式により表
される評価関数Ｊを最小とすべく、（１）式及び（２）
式から組み立てられる状態マトリックスに基づいてリカ
ッチの方程式を解くことにより、（４）式に示す如く得
られたものである。

【００２５】

【数１】

【００２６】 ΔＵ^*＝ｋ₁Ｅ_n＋ｋ₂ΔＹ_n＋ｋ₃ΔＹ_n-1＋ｋ₄ΔＸ_n＋ｋ₅ΔＸ_n-1 ＋ｋ₆ΔＸ_n-2＋ｋ₇ΔＵ_n-1＋ｋ₈ΔＶ_n＋ｋ₉ΔＶ_n-1 …（４）

【００２７】なお、（３）式中のωは重み係数であり、
（４）式中のΔＵ^*は、ノズル開度変更量、ΔＸ，Δ
Ｙ，ΔＵ及びΔＶは夫々、各制御周期におけるノズル開
度Ｘ，溶湯レベルＹ，開度指令Ｕ及び鋳込み速度Ｖの変
化量、ｋ₁〜ｋ₉は最適制御ゲインである。各制御周期
において開度変更量演算部10は、この制御時点、及びこ
れ以前の制御時点でのノズル開度Ｘ，溶湯レベルＹ，開
度指令Ｕ及び鋳込み速度Ｖの各検出値を（４）式に適用
してノズル開度変更量を演算する。

【００２８】また、スライディングノズル７の応答の遅
れは、ノズル開度Ｘの応答特性を表す前記（１）式を拡
張した次式により表される。

【００２９】

【数２】

【００３０】（５）式中の添字ｍは、ノズル開度Ｘのサ
ンプリング周期であり、ｋは、次数であって、２〜15の
内において適宜に選べばよい。また、（５）式中の各項
目の係数ａ′及びｂ′は、ｍ回目のサンプリング時点
（現時点）の前に（５）式によりノズル開度Ｘ_mを求
め、この算出値Ｘ_m′と、ｍ回目のサンプリングにおい
て検出されたノズル開度Ｘ_m、並びにｊ回前のサンプリ
ングにおいて検出されたノズル開度Ｘ_m-j及び開度指令
Ｕ_m-jとを次に示す（６）式及び（７）式に代入するこ
とにより逐次修正されている。

【００３１】

【数３】

【００３２】応答の遅れを同定した（５）式において、
開度指令Ｕにステップ状のデータを与えて逐次演算を進
めていくと、応答特性を表す曲線が、例えば、図３に示
す如く得られる。応答特性算出部12は、図３に示す応答
曲線を得た後、最終応答量の５％の応答が生じるまでの
時間を無駄時間Ｔ_a、同じく96％の応答が生じるまでの
時間を応答時間Ｔ_bとして求め、この結果をゲイン選択
部13に与える。

【００３３】（１）式の係数ａ₁，ａ₂，ｂ₁，ｂ
₂は、前述の如く求まる無駄時間Ｔ_a及び応答時間Ｔ_b
に対応するように選ばれ、また、前記最適制御則におけ
る最適制御ゲインｋ₁〜ｋ₉は、前述した如く、（１）
式と（２）式とから組み立てられる状態方程式に基づい
て決定されるから、無駄時間Ｔ_a及び応答時間Ｔ_bと、
最適制御ゲインｋ₁〜ｋ₉との相関関係を示すデータテ
ーブルを作成することは可能である。

【００３４】ゲイン選択部13は、このデータテーブルを
記憶しており、応答特性算出部12から与えられる無駄時
間Ｔ_a及び応答時間Ｔ_bを用い、前記データテーブルを
参照して、現状におけるスライディングノズル７の応答
特性に応じた最適制御ゲインｋ₁〜ｋ₉を選択し、この
結果を開度変更量演算部10に与える。開度変更量演算部
10は、ゲイン選択部13からの入力により最適制御ゲイン
ｋ₁〜ｋ₉を逐次更新しつつ、ノズル開度変更量ΔＵ^*
の演算を前述した如く行う。

【００３５】以上の如く行われる本発明方法において
は、本来、高い制御精度が得られる最適制御則を用いて
いる上、各状態量夫々に対して設定された最適制御ゲイ
ンｋ₁〜ｋ₉が、操業中にスライディングノズル２に生
じる応答特性の変化に応じて適正に更新される。従っ
て、鋳込み操業中の全般に亘って良好な制御精度が維持
されるようになる。

【００３６】本発明方法と従来法とを同一条件下にて実
施し、両者における溶湯レベルの変動状態を比較した結
果を図４に示す。図４（ａ）は本発明方法による結果
を、図４（ｂ）は従来法による結果を夫々示しており、
両図を比較した場合、従来法においては、± 3.0mmのレ
ベル変動が生じているのに対し、本発明方法におけるレ
ベル変動は、± 1.2mmに過ぎず、制御精度の大幅な向上
は明らかである。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明方法において
は、注湯手段に与えられる動作指令と該注湯手段の現状
の開度とを用い、鋳込み操業中に生じる注湯手段の応答
特性の変化を推定し、この推定結果を予め定められた相
関関係に適用することにより、注湯手段の開度変更量を
定める最適制御則の最適制御ゲインを逐次更新するか
ら、操業の進行に伴って生じる注湯手段の状態変化が制
御精度に影響を及ぼす虞がなく、操業中の全般に亘って
制御精度を良好に保ち得るようになり、製品品質の大幅
な向上が図れる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施状態を示す模式的ブロック図
である。

【図２】本発明方法に従って注湯手段の開度指令を演算
出力する開度制御部の内部構成を示すブロック図であ
る。

【図３】スライディングノズルの応答特性の一例を示す
図である。

【図４】本発明方法と従来法とによる溶湯レベルの変化
状態を比較した図である。

【符号の説明】

１開度制御部２シリンダ制御部３溶湯６ピンチロール７スライディングノズル 10 開度変更量演算部 11 開度指令修正部 12 応答特性算出部 13 ゲイン選択部 30 レベル検出器 60 鋳込み速度検出器 70 開度検出器Ｍ鋳型Ｔタンディッシュ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳型への注湯のための注湯手段の開度、
鋳型内部の溶湯レベル及び鋳込み速度を検出し、これら
の検出結果、並びに前記溶湯レベルの検出結果と目標レ
ベルとの偏差を、夫々に対する最適制御ゲインが設定さ
れた最適制御則に適用し、得られた開度調節量を実現す
べく前記注湯手段に開度指令を発し、該注湯手段の動作
により注湯量を調節する連続鋳造機の溶湯レベル制御方
法において、前記最適制御ゲインの夫々と前記注湯手段
の応答特性との相関関係を予め定めておき、鋳込み操業
中に生じる前記応答特性の変化を、前記注湯手段の検出
開度と前記開度指令とに基づいて推定し、この結果を前
記相関関係に適用して、前記最適制御ゲインを逐次更新
することを特徴とする連続鋳造機の溶湯レベル制御方
法。